[发明专利]一种液相催化交换工艺制备多浓度低氘水的系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种液相催化交换工艺制备多浓度低氘水的系统，包括催化交换系统、供气系统、原料水供应系统、氢氧复合系统、氘水收集系统、换热系统和监测控制系统。本发明通过合理的结构及操作流程设计，使得操作条件温和，降低了能耗，有效控制了设备投资和原料成本，通过调节操作条件，可以制备20‑140ppm氘浓度范围内的任意指定浓度的低氘水，可以满足不同背景的应用需求，市场适应能力强，经济效益高。因此，本发明技术进步十分明显，将制备多浓度低氘水系统及工艺的设计提升到了一个新的高度。

技术领域

本发明涉及是一种制备工艺系统，具体涉及的是一种液相催化交换工艺制备多浓度低氘水的系统及其实现方法。

背景技术

氘是氢的稳定同位素，氢和氘不同的原子结构导致了其物理和化学性质存在一定差异。自然界中含有特定浓度的氘，其丰度约150ppm，氘浓度低于该浓度的水被称为低氘水。试验表明，低氘水不仅可以活化人体细胞，明显促进酶反应；而且可以提高NK细胞活性值，增强人体免疫功能；同时，低氘水还可以抑制细胞癌变和癌细胞增殖，从而具有防癌保健功能。

目前，水-氢双温交换法是较大规模生产低氘水的工艺。该方法基于氢氘在反应中非等几率平衡分布的特性，及交换反应分离因子随温度升高而减少的原理，进行氢氘的分离。冷塔内氘从气相向液相富集；热塔内氘由液相向气相的相转变加强，但分离因子减小；最终获得浓缩的氘水和贫氘氢气。但该法存在以下问题：过程包括液相催化交换和相转变过程，涉及高低温塔之间的物料循环，流量、温度等参数的操作控制复杂；工艺包括低温塔和高温塔，设备复杂，投资成本高；由天然丰度水和氢气制备的低氘水浓度范围有限；分离系数低，大规模生产需要多级并联，生产低氘水成本较高。此外，也有采用蒸馏法制备低氘水的方法，但其分离系数较小，需要多级串联处理，设备投入相对大。限于现有技术的不足，低氘水制备成本偏高，难以真正实现大规模、低成本的生产。

因此，有必要对现有的低氘水制备技术进行改进。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种液相催化交换工艺制备多浓度低氘水的系统及其实现方法，本发明能够制备多浓度低氘水，并且操作条件温和，能耗低，设备投资能得到有效控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种液相催化交换工艺制备多浓度低氘水的系统，包括催化交换系统、供气系统、原料水供应系统、氢氧复合系统、氘水收集系统、换热系统和监测控制系统；

所述监测控制系统同时与催化交换系统、供气系统、原料水供应系统、氢氧复合系统、氘水收集系统和换热系统连接，用于监测和控制系统的压力、液位、和氘浓度，并在系统使用前对其进行抽真空和充氮预处理

所述催化交换系统包括第一催化交换柱、第二催化交换柱和第三催化交换柱以及分别设置在第一催化交换柱、第二催化交换柱和第三催化交换柱上的加热保温层；

所述供气系统包括氢气储罐和氮气储罐；

所述原料水供应系统包括原料水罐；

所述氢氧复合系统包括第一氢氧复合器、第二氢氧复合器和第三氢氧复合器；

所述氘水收集系统包括富氘水箱、第一低氘水储罐、第二低氘水储罐和第三低氘水储罐；

所述换热系统包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、第四冷凝器、第五冷凝器和第六冷凝器；